Океан дирижирует отключениями: как Ла-Нинья управляет энергосистемой США ✛ ✎

Оригинал: "Spatio-temporal Patterns between ENSO and Weather-related Power Outages in the Continental United States"

· Long Huo, Xin Chen, Kaiwen Li, Fengying Cai, Jürgen Kurths

arXiv:2406.14474 · 2024-06-20 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин

Фаза Ла-Нинья повышает число погодных отключений электроэнергии в США, а к концу века жара может увеличить их в 26 раз.

Тихий океан ведёт себя как дирижёр, который задаёт ритм аварийности американской энергосистемы. Когда океан переключается в холодную фазу, известную как Ла-Нинья, в США начинают чаще гаснуть лампочки. Исследователи проследили эту связь за 24 года и убедились: океан действительно управляет погодой, а погода бьёт по проводам и трансформаторам.

Ла-Нинья — это холодная фаза крупнейшего климатического колебания в тропической части Тихого океана. Вода у берегов Южной Америки становится аномально холодной, и это меняет атмосферную циркуляцию по всей планете.

Дирижёр не просто машет палочкой, а рассылает ноты по трём каналам. На западе США Ла-Нинья усиливает холодные вторжения и экстремальные осадки, на юго-востоке — волны жары, а в средне-восточных штатах — снова экстремальные осадки. Каждый канал бьёт по своей части энергосистемы: снег и лёд валят деревья на провода, жара заставляет кондиционеры работать на пределе, а ливни затапливают подстанции.

Связь оказалась не просто заметной, а предсказуемой. Число отключений растёт не одновременно с Ла-Ниньей, а с задержкой в несколько месяцев, то есть океан сначала отдаёт команду, и лишь потом энергосистема начинает спотыкаться. Весной после пика Ла-Ниньи аварийность достигает максимума. В шести из десяти климатических регионов США корреляция между интенсивностью Ла-Ниньи и числом отключений достигает -0.68, а в отдельных регионах доходит до -0.82. Это означает, что чем сильнее холодная фаза, тем больше отключений.

Корреляция -0.68 показывает, что при усилении Ла-Ниньи число отключений растёт почти синхронно. Знак минус означает, что чем ниже температура воды в Тихом океане, тем выше аварийность.

К концу века дирижёр может перейти на более громкую партитуру. Если выбросы парниковых газов останутся высокими, к 2081–2100 годам весенние отключения из-за жары на востоке США вырастут почти в 26 раз по сравнению с 2000–2023 годами. Даже при умеренном сценарии рост составит 13 раз. Энергосистема, построенная под климат прошлого, окажется в климате будущего.

Раньше связь между Эль-Ниньо и отказами энергосистемы никто не выстраивал. Теперь же ясно, что прогноз фазы океана за несколько месяцев вперёд может служить ранним предупреждением для энергетиков. Если метеорологи предсказывают сильную Ла-Нинью, коммунальные службы могут заранее проверить оборудование, запастись ремонтными бригадами и предупредить потребителей. Океан продолжает дирижировать, но теперь у оркестра появилась партитура.

Весь граф →

Весной 2018 года шторм в Калифорнии принёс сильный снегопад и холод, оставив без света 10 898 потребителей и вызвав потерю 38 МВт спроса. А в марте 2023 года серия торнадо с экстремальными осадками обесточила около миллиона потребителей в более чем десяти штатах.

x(t) = a + bt + \epsilon(t)

Исходный ряд раскладывается на тренд и случайный остаток

x'(m,n) = \hat{x}(m,n) - \frac{1}{24}\sum_{n=1}^{24}\hat{x}(m,n)

Отклонение от среднего для данного месяца за 24 года

R = \frac{\sum_{t=1}^{T-k}[\tilde{x}(t+k)-\bar{x}][\tilde{y}(t)-\bar{y}]}{\sqrt{\sum_{t=1}^{T}[\tilde{x}(t)-\bar{x}]^2\sum_{t=1}^{T}[\tilde{y}(t)-\bar{y}]^2}}

Мера связи двух рядов при сдвиге одного относительно другого на k месяцев

Понятия

энсо ла-нинья весенний барьер предсказуемости южная осцилляция эль-ниньо южная осцилляция модель осциллятора с подзарядкой эль-ниньо многомерный индекс ЭНСО модель Джина–Тиммермана NOAA CPC ERSST вспышка западных ветров буйковые станции TAO/TRITON распространение экваториальных волн сезонный цикл сезонный форсинг эффект конденсатора Индийского океана межгодовая изменчивость объём тёплой воды северное экваториальное противотечение

Я автор

Океан дирижирует отключениями: как Ла-Нинья управляет энергосистемой США ✛ ✎